FR3074973A1 - Emetteur d'un signal optique monochromatique - Google Patents

Abstract

Cet émetteur (2) d'un signal optique comporte : - une source laser (10) comportant une entrée (14) de commande pour recevoir un courant d'injection apte à modifier la fréquence du signal optique, cette source laser émettant le signal optique à une fréquence v0 en absence de courant d'injection, - une boucle (20) de rétroaction apte à produire un courant d'injection apte réduire la largeur de raie du signal optique, cette boucle de rétroaction comportant à cet effet un filtre optique (30) dont une bande passante contient un point de fonctionnement prédéterminé correspondant à une fréquence vb - une boucle (70) d'asservissement de la fréquence vb sur la fréquence v0, et dans lequel - la boucle (20) de rétroaction comporte un filtre électrique (98) apte à atténuer sélectivement, dans le courant d'injection produit, l'amplitude des composantes fréquentielles générées par la boucle (70) d'asservissement.

Description

ÉMETTEUR D’UN SIGNAL OPTIQUE MONOCHROMATIQUE [001] L’invention concerne un émetteur d’un signal optique monochromatique.

[002] Les sources laser, et en particulier les sources laser à semi-conducteur, présentent ce qui est connu sous le terme de « bruit de fréquence ». Ce bruit de fréquence a pour conséquence que la fréquence d’un laser monochromatique a une certaine largeur fréquentielle Av_SL à la fréquence v_SL d’émission de la source laser. La largeur Av_Sl est également connue sous le terme de « largeur de raie ». Typiquement, si rien n'est fait pour compenser le bruit de fréquence, la largeur Av_Sl est généralement supérieure à 1 MHz et, le plus souvent, comprise entre 1 MHz et 5 MHz ou 1 MHz et 10 MHz dans le cas de sources laser à semi-conducteur. La largeur Av_SL est définie ici comme étant la largeur, à mi-hauteur, de la raie du spectre de puissance, c’est-à-dire à la moitié de la puissance maximale de cette raie.

[003] De telles largeurs Av_Sl ne sont pas compatibles avec certaines applications comme par exemple la mise en œuvre d’une technique de modulation FMCW (« frequency modulated continuous wave »). II a donc été proposé de combiner dans un même émetteur une source laser à semi-conducteur avec une boucle de rétroaction qui diminue sa largeur de raie.

[004] Ainsi, des émetteurs connus d’un signal optique monochromatique comportent :

- une source laser à semi-conducteur apte à émettre le signal optique à une fréquence v_SL, cette source laser comportant au moins une entrée de commande pour recevoir un courant d'injection apte à modifier la fréquence v_SL et au moins une sortie par laquelle est émis le signal optique, cette source laser émettant le signal optique à une fréquence v₀ en absence de courant d'injection,

- une boucle de rétroaction apte à produire un courant d'injection apte réduire la largeur de raie du signal optique, cette boucle de rétroaction étant raccordée, d’un côté, à la sortie de la source laser et, d'un côté opposé, à l'entrée de commande de la source laser pour injecter dans la source laser le courant d'injection produit, cette boucle de rétroaction comportant à cet effet un filtre optique présentant une bande passante, cette bande passante étant délimitée au moins d'un côté par un bord qui varie de façon continûment croissante ou décroissante sur un intervalle de fréquences contenant la fréquence v₀, ce bord contenant un point de fonctionnement prédéterminé correspondant à une fréquence v_b contenue dans cet intervalle de fréquences, ce filtre optique étant raccordé à la sortie de la source laser pour recevoir le signal optique et comportant une sortie par laquelle est émise le signal optique filtré et à partir duquel le courant d'injection est produit.

[005] Par exemple, de tels émetteurs connus sont divulgués dans les articles suivants :

- Vincent CROZATIER et AL : « Phase locking of a frequency agile laser», Applied Physics Letters 89, 261115 (2006), et

- Motoichi OHTSU et Al : « Linewidth Réduction of a semiconductor Laser by Elecrical

Feedback », IEEE Journal of quantum electronics, vol. QE-21, 12/12/1985.

[006] L'émetteur décrit dans l'article de Vincent CROZATIER est avantageux en ce qu’il permet à la fois de moduler la fréquence v_Sl et de réduire la largeur Av_Sl. Dans cet émetteur connu, la boucle de rétroaction comporte un interféromètre de MachZender dont l’une des branches est réalisée à l’aide d’une fibre optique de longueur L. Dans cet émetteur, la longueur L doit être la plus grande possible pour maximiser la sensibilité de la boucle de rétroaction. Cette longueur L ne doit pas être trop grande non plus. En effet, il a été montré que la bande passante de la boucle de rétroaction est inversement proportionnelle au délai Td = n.L/c, où n est l’indice de propagation dans la fibre optique, c la célérité de la lumière et le symbole « . » désigne l'opération de multiplication. De façon à avoir une boucle de rétroaction de bande passante de quelques méga-hertz, correspondant à la largeur de raie du laser avant réduction, le délai Td est maximisé à 250 ns. Cela correspond à une longueur L de 60 mètres. Ainsi, cet émetteur connu est encombrant. De plus, à cause de la longueur des branches de l’interféromètre de Mach-Zender, cet émetteur est sensible aux vibrations et aux variations de température. Il faut donc le stabiliser en température et l'isoler des vibrations. Également, toujours à cause de la longueur de la branche de l’interféromètre de Mach-Zender, la bande passante de la boucle de rétroaction est limitée à 2,5 MHz. Ainsi, si le spectre de puissance du bruit de fréquence s'étend sur une largeur supérieure à 2,5 MHz, celui-ci ne peut pas être complètement éliminé par la boucle de rétroaction. Cet émetteur a toutefois l’avantage de pouvoir fonctionner en présence d’une modulation de la fréquence de la source laser.

[007] L'émetteur décrit dans l'article Motoichi OHTSU permet aussi de réduire la largeur de raie de la source laser. Par contre, pour cela, la température de la source laser doit être asservie sur une consigne de température qui permet de réduire sa largeur de raie. Le mécanisme d'asservissement de la température de la source laser est encombrant. Par ailleurs, l’émetteur proposé dans l'article Motoichi OHTSU n’est pas compatible avec une modulation de la fréquence de la source laser.

[008] L’invention vise à réduire l'encombrement des émetteurs connus de signal optique monochromatique sans augmenter, voire même en réduisant, leur sensibilité aux variations de température ou aux vibrations. Elle a donc pour objet un tel émetteur dans lequel :

- l'émetteur comporte, en plus de la boucle de rétroaction, une boucle d'asservissement de la fréquence v_b sur la fréquence v₀, et

- la boucle de rétroaction comporte un filtre électrique apte à atténuer sélectivement, dans le courant d'injection produit, l'amplitude des composantes fréquentielles générées par la boucle d'asservissement.

[009] Les modes de réalisation de cet émetteur peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

le filtre électrique est également apte à atténuer la composante continue du signal électrique, l'atténuation de la composante continue du signal électrique étant supérieure à - 3 dB ;

le filtre électrique présente une bande interdite à l'intérieur de laquelle l'atténuation du signal électrique est supérieure à - 3 dB, cette bande interdite s'étendant continûment depuis une fréquence basse jusqu'à une fréquence haute, la fréquence basse étant égale à 0 Hz ou inférieure à 100 Hz et la fréquence haute étant comprise dans l'intervalle [f_c70 ; l,3f_c7o], où f_c70 est la fréquence de coupure à - 3dB de la boucle d'asservissement ;

le filtre électrique présente une bande interdite à l'intérieur de laquelle l'atténuation du signal électrique est supérieure à - 3 dB, cette bande interdite s'étendant continûment depuis une fréquence basse jusqu'à une fréquence haute, la fréquence basse étant comprise dans un intervalle [0,7F|_OCk ; 0,98F|_OCk] et la fréquence haute étant comprise dans un intervalle [l,02F|_OCk ; l,3F|_0Ck], où Fiock est la fréquence fondamentale de la partie du spectre du signal optique filtré générée par la la boucle d'asservissement ;

la boucle d'asservissement comporte :

- un actionneur comportant une entrée de commande, cet actionneur étant apte à induire un déplacement du bord de la bande passante du filtre optique en fonction du signal de commande reçu sur son entrée de commande,

- un photodétecteur apte à générer un signal électrique représentatif de l'écart entre les fréquences v_b et v₀, et

- un circuit de commande apte, à partir du signal électrique représentatif de l'écart entre les fréquences v_b et v₀, à générer un signal de commande sur l'entrée de commande de l'actionneur qui induit un déplacement du bord de la bande passante du filtre optique réduisant cet écart entre les fréquences v_b et v₀;

le photodétecteur est raccordé à la même sortie ou à une autre sortie du filtre optique de manière à générer un signal électrique représentatif de l'écart entre les fréquences v_b et v₀ ;

l'émetteur est apte en plus à moduler la fréquence du signal optique et dans lequel :

- la source laser est apte à recevoir un signal électrique de modulation et, en réponse, à déplacer la fréquence du signal optique en fonction du signal électrique de modulation reçu, et

- l'émetteur comporte en plus :

- un modulateur comportant une entrée de commande destinée à recevoir le signal électrique de modulation, ce modulateur étant apte à induire un déplacement du bord de la bande passante du filtre optique, identique au déplacement appliqué à la fréquence du signal optique lorsque le signal électrique de modulation reçu sur son entrée de commande est identique au signal électrique de modulation reçu par la source laser, ou

- le filtre électrique est également apte à atténuer sélectivement, dans le courant d'injection produit, au moins l'amplitude d'une composante fréquentielle à une fréquence f_b, où la fréquence f_b est la fréquence fondamentale du signal électrique de modulation ;

le filtre électrique comporte un filtre en peigne présentant plusieurs bandes passantes espacées les unes des autres par des bandes interdites dans lesquelles l'atténuation du signal électrique est supérieure à - 3 dB, chacune de ces bandes interdites contenant un multiple entier respectif de la fréquence f_b;

le filtre optique comporte un anneau résonant ;

le point de fonctionnement prédéterminé est le point du bord pour lequel la valeur absolue de la pente de ce bord est maximale ;

la boucle de rétroaction comporte :

- un composant apte à générer un signal électrique, dit de « référence », représentatif de la puissance du signal optique avant que celui-ci ne soit filtré par le filtre optique, ce composant comportant à cet effet :

- un atténuateur de puissance équipé :

- d'une entrée raccordée à la sortie de la source laser en amont du filtre optique,

- d'une sortie sur laquelle est délivré un signal optique identique, à un coefficient d'atténuation de puissance près, au signal reçu sur son entrée, ce coefficient d'atténuation de puissance de l'atténuateur étant égal au coefficient d'atténuation du filtre optique, et

- un photodétecteur raccordé à la sortie de l'atténuateur et comportant une sortie sur laquelle est émis le signal électrique de référence obtenu à partir du signal optique atténué délivré sur la sortie de l'atténuateur,

- un soustracteur apte à soustraire, au courant d'injection produit, ce signal électrique de référence ;

le bord de la bande passante du filtre optique est un bord descendant ;

la boucle de rétroaction comporte un photodétecteur apte à convertir le signal optique filtré en un signal électrique mesuré proportionnel à la puissance du signal optique filtré et à partir duquel le courant d'injection est produit, ce photodétecteur étant raccordé à la sortie du filtre optique pour recevoir le signal optique filtré et comportant une sortie sur laquelle est émis le signal électrique mesuré ;

la source laser et le filtre optique sont fabriqués et intégrés sur une même puce.

[0010] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non-limitatif et faite en se référant aux dessins, sur lesquels :

- la figure 1 est une illustration schématique d’un émetteur d’un signal optique modulé en fréquence ;

- les figures 2 et 3 sont des illustrations schématiques de deux spectres de transmission d’un filtre utilisé dans l’émetteur de la figure 1 ;

- la figure 4 est un graphe illustrant l’évolution au cours du temps d’un signal électrique de modulation reçu par l’émetteur de la figure 1 ;

- les figures 5 à 6 sont des illustrations schématiques d’autres modes de réalisation de l’émetteur de la figure 1 ;

- la figure 7 est une illustration schématique de la bande passante d’un filtre électrique mis en œuvre dans le mode de réalisation de la figure 6 ;

- la figure 8 est une illustration schématique d’un autre mode de réalisation d’une source laser susceptible d’être mise en œuvre dans l’émetteur de la figure 1.

[0011] Chapitre I : Définitions et notations :

[0012] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l’homme du métier ne sont pas décrites en détail.

[0013] Dans ce texte, le terme «raccordé» est utilisé pour désigner «raccordé optiquement » et, en alternance, «raccordé électriquement ». Par la suite, lorsque le type de raccordement, c’est-à-dire optique ou électrique, ressort clairement du contexte, seul le terme « raccordé » est employé sans préciser s’il s’agit d’un raccordement optique ou électrique.

[0014] Par puissance ou intensité d’un signal optique, on désigne, pour un signal optique monochromatique, le produit du champ optique E de ce signal optique par le conjugué de ce champ optique E. Le champ optique correspond au champ électrique E dans le cadre des ondes électromagnétiques et des équations de Maxwell.

[0015] Par composante fréquentielle d'un signal, on désigne une composante nonnulle du spectre de puissance de ce signal à une fréquence donnée. Une composante fréquentielle correspond donc à une raie du spectre de puissance.

[0016] Par « composante continue », on désigne la composante fréquentielle à la fréquence nulle.

[0017] Chapitre II : Exemples de modes de réalisation [0018] La figure 1 représente un émetteur 2 d’un signal optique modulé en fréquence. L’émetteur 2 comporte à cet effet :

- une entrée 4 destinée à recevoir un signal électrique de modulation SE_m et,

- une sortie 6 par laquelle est émis le signal optique SO_me modulé en fonction du signal SE_m.

[0019] L’émetteur 2 comporte une source laser 10 à semi-conducteur qui émet un signal optique monochromatique à la fréquence v_SL. À cause du bruit de fréquence, la largeur ûv_SL de la raie laser d'une telle source laser à semi-conducteur est généralement comprise entre 1 MHz et 10MHz. Ici, elle est de quelques méga-Hertz et, par exemple, égale à 5 MHz. Pour certaines sources laser, cette largeur ûv_SL peut atteindre 10 MHz.

[0020] Par exemple, ici, la source laser 10 est une source laser connue sous l'acronyme DBR (« Distributed Bragg Reflector laser »).

[0021] La source laser 10 a une entrée 12 destinée à recevoir le signal SE_m, une entrée 14 destinée à recevoir un courant électrique d’injection, une première sortie 16 sur laquelle est émis le signal optique SOme utile, et une seconde sortie 18 sur laquelle est émis un signal optique SOmzo utilisé pour réduire la largeur Av_SL.

[0022] Le signal SOmzo est identique au signal SO_me sauf que sa puissance peut être différente. Par exemple, la puissance du signal SOmzoest inférieure à la puissance du signal SOme. A titre d'illustration, la puissance du signal SOmzo est cinq fois, et de préférence dix fois, inférieure à la puissance du signal SOme. Ici, par exemple, la puissance du signal SOmzo est dix fois inférieure à la puissance du signal SOme.

[0023] L’entrée 12 est directement raccordée à l’entrée 4 et la sortie 16 est directement raccordée à la sortie 6.

[0024] Le signal SE_m permet de moduler la fréquence v_SL. Ici, le signal SE_m est un courant électrique appliqué sur l’entrée 12 et dont l’intensité est modulée dans le temps. Cette modulation du signal SE_m provoque une modulation ou un déplacement correspondant de la fréquence v_SL. Plus précisément, la fréquence v_SL varie par rapport à une fréquence libre v₀ de la source laser 10. Cette variation est proportionnelle à l’intensité du courant reçu sur l’entrée 12. La fréquence v₀ de la source laser 10 est la fréquence du signal monochromatique émis par cette source laser en l’absence de signaux reçus sur son entrée 12. Cette fréquence v₀ est une caractéristique intrinsèque de la source laser 10. La fréquence v₀ varie uniquement lentement, par exemple, en fonction de perturbations extérieures telle qu'une variation de température.

[0025] Un exemple de signal SE_m est représenté sur la figure 4. Sur cette figure, l’axe des ordonnées est gradué en ampères et l’axe des abscisses en secondes. Dans cet exemple, le signal SE_m est périodique de période T_b. La période T_b est égale à l/f_b, où f_b est la fréquence harmonique de rang 1, également appelée fréquence fondamentale, du signal SE_m.

[0026] Sur une période T_b, le signal SE_m varie linéairement de -l_m à +l_m. Avec un tel signal en dents de scie, le spectre de puissance du signal SE_m est constitué de raies aux fréquences f_b, 3f_b, 5f_b, ..., (2n+l)f_b, où n est un nombre entier. L'amplitude de ces raies décroît au fur et à mesure que n croit.

[0027] Cette fréquence f_b peut être quelconque. Toutefois, en pratique, la fréquence f_b est généralement supérieure à 1kHz, 10 kHz ou 100 kHz. Dans ce mode de réalisation, la fréquence f_b est égale à 100kHz.

[0028] Pour réduire la largeur Av_Sl, l’émetteur 2 comporte une boucle 20 de rétroaction. Cette boucle 20 comporte une entrée 22 qui reçoit le signal SO_m2o et une sortie 24 par laquelle est émis un courant d'injection produit pour réduire la largeur Avsl. L’entrée 22 est raccordée à la sortie 18. La sortie 24 est directement raccordée à l’entrée 14 de la source laser 10 pour rétro-injecter le courant d'injection.

[0029] La boucle 20 comporte un filtre optique 30 équipé d'une entrée 32 directement raccordée à l'entrée 22. Le filtre 30 comporte deux sorties 34 et 36 sur lesquelles sont émis des signaux optiques filtrés, respectivement SO34 et SO₃₆, construits à partir du signal SO_m2o reçu sur l’entrée 32.

[0030] Le spectre de transmission T₂.₆ du filtre 30 entre l’entrée 32 et la sortie 36 est représenté sur la figure 2. Le spectre de transmission T₂.₄ du filtre 30 entre l’entrée 32 et la sortie 34 est représenté sur la figure 3. Sur ces figures 2 et 3, le spectre de la source laser 10 est également représenté, schématisé par une unique composante fréquentielle à la fréquence v_SL. Sur ces figures, l’axe des abscisses représente la fréquence optique f_opt. L’axe des ordonnées représente le ratio de transmission de la puissance optique entre l’entrée 32 et la sortie correspondante 34 ou 36 du filtre 30. Ici, pour simplifier les figures 2 et 3, seules les portions des spectres de transmission T₂.₄ et T₂_6 intéressantes pour la compréhension du fonctionnement de l’émetteur 2 sont représentées.

[0031] Le spectre T₂.₆ présente un maximum T_maX6 à la fréquence v_to6. Ici, le spectre T₂.₆ est par exemple une fonction lorentzienne centrée sur la fréquence v_fo6. Cette fonction peut être une sinusoïde, une gaussienne, une fonction porte ou autres. De part et d’autre de la fréquence v_fo6, le spectre T₂.₆ présente des bords, respectivement, 42 et 44, montant et descendant. Le bord 42 est une fonction monotone qui croît continûment depuis un minimum Tmme jusqu’au maximum Tmaxe sur un intervalle de fréquences [VmineJVfoe]. Le bord 44 est une fonction monotone qui décroît continûment depuis le maximum T_max₆ jusqu’au minimum T_min6 sur un intervalle de fréquences [VfoejVmaxe]. Pour chacun des bords 42 et 44 il existe une fréquence pour laquelle la valeur absolue de la pente du bord est maximale. Par exemple, les bords 42 et 44 présentent chacun un point d’inflexion et la valeur absolue de la pente est maximale au niveau de ce point d’inflexion. Pour le bord 42, la fréquence correspondant à ce point d'inflexion est notée v_b6. La fréquence v_b6 correspond à un point 43 du bord 42 appelé par la suite « point de fonctionnement ». Au niveau de ce point 43, le bord 42 est pratiquement une droite. Ainsi, au niveau de ce point 43, le bord 42 est approximé par une fonction linéaire de la forme T= ^6' [f opt + , où les coefficients a₆ et b₆ sont indépendants de la fréquence optique f_opt.

[0032] Le spectre T₂.₄ présente un minimum à une fréquence v_fo4. De part et d’autre de la fréquence v_fo4, le spectre T₂.₄ présente des bords, respectivement, 48 et 50, descendant et montant. Le bord 48 est une fonction monotone qui décroît continûment depuis un maximum T_max4 jusqu’au minimum T_min₄ sur un intervalle de fréquences [v_min₄;v_fo4]. Le bord 50 est une fonction monotone qui croît continûment depuis le minimum Tmw jusqu’au maximum T_max₄ sur un intervalle de fréquences [Vf₀₄;vma_X4]. Pour chacun des bords 48 et 50, il existe une fréquence pour laquelle la valeur absolue de la pente du bord est maximale. Par exemple, les bords 48 et 50 présentent chacun un point d’inflexion et la valeur absolue de la pente est maximale au niveau de ce point d’inflexion. Pour le bord 48, la fréquence correspondant au point d’inflexion est notée v_b4. La fréquence v_b4 correspond à un point 49 du bord 48 également appelé « point de fonctionnement ». Comme pour le point 43, au niveau de ce point 49, le bord 48 peut être approximée par une droite. Ainsi, au niveau de ce point 49, le bord 48 est approximé par une fonction linéaire de la forme ^T=a4-[fopt~^vb/^+b4 , où les coefficients a4 et b₄ sont indépendants de la fréquence optique f_opt.

[0033] Les fréquences v_b4 et v_b6 sont égales, et sont notées par la suite v_b. De plus, ici, les fréquences v_fo4 et v_fo6 sont aussi égales, et sont notées par la suite v_f0. Dans la suite de cette description, on note δν, l’écart entre les fréquences v_b et v_f0.

[0034] Dans ce mode de réalisation, le filtre 30 est un filtre optique à anneau résonant connu sous le terme anglais de « optical ring resonator ». Les filtres optiques à anneaux résonnants sont bien connus. En particulier, les propriétés des spectres T₂.₆ et T₂.₄ suivant les paramètres géométriques de l’anneau et des bus optiques de couplage à l’anneau sont biens connues. Ainsi, par la suite seuls quelques détails sont donnés. Le filtre 30 comporte un anneau 60. L'anneau 60 est un guide d’onde qui forme une boucle fermée. L’entrée 32 et les sorties 34, 36 correspondent aux ports classiquement appelés, respectivement, port « in », port « through » et port « drop ».

[0035] Dans l'émetteur 2, la fréquence v_b doit être égale à la fréquence v₀. Pour cela, l'émetteur 2 comporte une boucle 70 d’asservissement permettant de positionner le spectre T₂.₆ de sorte que la fréquence v_b soit égale à la fréquence v₀. En effet, même si l’on vise en conception à fabriquer la source laser 10 et le filtre 30 de telle sorte que les fréquences v_b et v₀ soit égales, à cause des erreurs de fabrication, ces fréquences ne sont généralement pas égales. Il faut donc au démarrage de l’émetteur 2, aligner ces deux fréquences v_b et v₀. Ici, cela est fait en translatant les spectres T₂.₄ et T₂.₆ du filtre 30 le long de l'axe des fréquences.

[0036] De plus, au cours du fonctionnement de l’émetteur 2, le filtre 30 et la source laser 10 peuvent subir des perturbations qui modifient la position du spectre T₂.₆ de sorte que les fréquences v_b et v₀ ne sont plus égales. Il s'agit de perturbations lentes qui s’appliquent différemment sur la source laser 10 et le filtre 30. Ces perturbations sont typiquement des variations de température différentes entre la source laser 10 et le filtre 30 ou des vibrations perçues différemment par la source laser 10 et filtre 30. Ici, la boucle 70 a donc également pour fonction de maintenir la position du spectre T₂.₆ de sorte que les fréquences v_b et v₀ restent égales en dépit des erreurs de fabrication et des perturbations lentes.

[0037] A cet effet, la boucle 70 comprend un actionneur 72 apte à déplacer fréquentiellement le spectre T₂_₆. Il est connu de l’homme de l’art que puisque le filtre 30 comporte des éléments communs aux sorties 34 et 36, comme l'anneau 60, les spectres T₂.₆ et T₂.₄ se déplacent fréquentiellement systématiquement ensemble et de la même manière. Ainsi, l’actionneur 72 déplace simultanément les spectres T₂.₆ et T₂.

₄.

[0038] L’actionneur 72 comporte une entrée 74 pour recevoir un signal électrique de commande. L’actionneur 72 déplace le spectre T₂.₆ en fonction de ce signal électrique de commande. Par exemple, l’actionneur 72 est une chaufferette disposée à proximité d’une section de l’anneau 60. Cette chaufferette est apte à chauffer cette section de l’anneau 60 pour faire varier l’indice de réfraction du matériau qui forme cet anneau 60. Des exemples de réalisation d’une telle chaufferette permettant de modifier l’indice de réfraction d’un guide d’onde sont décrits, par exemple, dans l'article suivant : JE Cunningham et. Al. dans « Highly-efficient thermally-tuned résonant optical filters», Optical Express. 08/2010. Par conséquent, la réalisation de l’actionneur 72 n’est pas décrite ici en détail.

[0039] La boucle 70 comporte aussi un photodétecteur 76 capable de générer un signal électrique SE₇₈ représentatif de l’écart entre les fréquences v_b et v₀. Le photodétecteur 76 comporte :

- une sortie 78 par laquelle est émis le signal SE₇₈, et

- une entrée 80 raccordée à la sortie 36 pour recevoir au moins une fraction du signal optique filtré par le spectre T₂.₆ du filtre 30.

[0040] Par exemple, le photodétecteur 76 est une photodiode.

[0041] Enfin, la boucle 70 comporte un circuit 82 de commande capable, à partir du signal électrique SE₇₈, de générer un signal électrique SE₇₄ de commande de l’actionneur 72 qui maintient les fréquences v_b et v₀ égales. Ce signal SE₇₄ est transmis sur l'entrée 74 de l’actionneur 72.

[0042] De nombreux modes de réalisation différents du circuit 82 sont possibles. Par exemple, ici, le circuit 82 comprend une table T₈₂ préenregistrée de valeurs et un comparateur. La table T₈₂ comprend un ensemble de valeurs M₇₈ chacune associée à une valeur correspondante M₇₄ pour le signal SE₇₄. Les valeurs M₇₈ comprennent une valeur M_b, des valeurs M, inférieures à la valeur M_b, et des valeurs M_s supérieures à la valeur M_b. La valeur M_b est égale à la valeur du signal SE₇₈ lorsque les fréquences v_b et v₀ sont égales. Le comparateur compare le signal SE₇₈ aux valeurs M₇₈ puis génère un signal SE₇₄ à partir de la ou des valeurs M₇₄ associées aux valeurs M₇₈ les plus proches de la valeur actuelle du signal SE₇₈. Quand le signal électrique SE₇₈ est inférieur à la valeur M_b, le circuit 82 génère un signal électrique SE₇₄ dimensionné pour décaler le spectre T₂.₆ vers la gauche. En effet, lorsque le spectre T₂.₆ du filtre 30 est positionné de telle façon que la fréquence v_b est supérieure à la fréquence v₀, la puissance optique sur la sortie 36 du filtre 30 est inférieure à P_b, P_b étant la puissance égale à la puissance du signal SO₃₆ lorsque les fréquences v_b et v₀ sont égales. Le signal SE₇₈ prend alors une valeur M, inférieure à la valeur M_b. A l'inverse, quand le signal SE₇₈ est supérieur à la valeur M_b, le circuit 82 génère un signal SE₇₄ dimensionné pour décaler le spectre T₂.₆ vers la droite.

[0043] La boucle 70 est dimensionnée pour être effective sur une plage de fréquences [0 Hz, f_c70], où f_c7o est la fréquence de coupure à - 3 dB de la boucle 70. Étant donné que les perturbations compensées par la boucle 70 sont lentes, la fréquence f_c70 est faible, c'est-à-dire inférieure à 5 kHz dans le cas où les perturbations sont des variations de température ou des vibrations. Ici, la fréquence fc70 est égale à 1 kHz.

[0044] Pour réduire le bruit de fréquence de la source laser 10, la boucle 20 utilise la sortie 34 du filtre 30. Elle comporte, en plus du filtre 30, un photodétecteur 90. Le photodétecteur 90 mesure la puissance du signal optique SO₃₄ transmis sur la sortie 34 et génère, sur une sortie 94, un signal électrique SE₉₄ proportionnel à la puissance du signal optique SO₃₄. Le photodétecteur 90 comporte à cet effet une entrée 92 directement raccordée à la sortie 34. Par exemple, le photodétecteur 90 est une photodiode.

[0045] Dans ce mode de réalisation, la sortie 94 est raccordée à la sortie 24 de la boucle 20 seulement par l’intermédiaire d'un filtre électrique 98 et d’un amplificateur 96.

[0046] Le filtre 98 comporte au moins une bande interdite qui élimine ou atténue la composante continue du signal SE₉₄. Cette bande interdite comprend donc la fréquence 0 Hz. En plus, le filtre 98 est apte à éliminer ou atténuer sélectivement les amplitudes des composantes fréquentielles générées par la boucle 70 sur le signal optique SO₃₄. En effet, la boucle 70 déplace le spectre T₂.₆, et donc le spectre T₂.₄, pour que la fréquence v_b reste égale à la fréquence v₀ actuelle. Les déplacements de la fréquence v_b par la boucle 70 génèrent des modifications de la puissance du signal optique SO₃₄ qui ne sont pas causées par le bruit de fréquence. Ces déplacements de la fréquence v_b se produisent à une fréquence inférieure à la fréquence f_c7o. Par conséquent, les composantes fréquentielles générées par la boucle 70 sont essentiellement comprises dans la plage [0 Hz ; f_c70]. Dans ce mode de réalisation, on considère que la partie du spectre de fréquence du signal SO₃₄ principalement générée par la boucle 70 s'étendent continûment sur cette plage [0 Hz ; f_c70]. Dans ces conditions, à titre d'illustration, le filtre 98 est un filtre électrique passe-haut dont la fréquence de coupure f_C98 à -3 dB est supérieure ou égale à la fréquence f_c7o. Généralement, la fréquence f_C98 est inférieure à 1 MHz et/ou à la fréquence f_b. De préférence, cette fréquence f_c98 est comprise entre f_c70 et l,3f_c70 ou entre f_c70 et l,lf_c70. Ici, le filtre 98 est placé avant l’amplificateur 96 entre la sortie 94 et la sortie 24 pour atténuer les composantes fréquentielles produites par la boucle 70 sur le signal SO₃₄.

[0047] Grâce au filtre 98, les modifications de la puissance mesurée par le photodétecteur 90 qui sont causées par la boucle 70 ne sont pas compensées par la boucle 20. La boucle 20 ne neutralise donc pas le fonctionnement de la boucle 70. De plus, la boucle 20 reste apte à réduire la largeur Av_SL car la partie du spectre de puissance du signal SO₃₄ générée par le bruit de fréquence est principalement située au-delà de la fréquence f_c70. Par conséquent, le filtre 98 n'empêche pas de réduire la largeur Δν SL [0048] L’amplificateur 96 multiplie le signal électrique en sortie du filtre 98 par un gain G2. Ici, étant donné que le bord 48 est un bord descendant, pour obtenir une contreréaction négative, le gain G2 est positif.

[0049] La boucle 20 est dimensionnée pour être effective sur une plage de fréquences [f_C9s, f_c2o], où f_c20 est la fréquence de coupure de la boucle 20. Typiquement, pour réduire efficacement la largeur Av_SL, la fréquence f_c20 est choisie égale ou supérieure à Av_Slo/2 ou Av_Slo, où Av_Slo est la largeur Av_Sl de la raie de la source laser 10 en absence de la boucle 20. De préférence, la fréquence f_c2o est aussi choisie inférieure ou égale à l,2Av_SLo/2 ou l,2Av_SLo. Ainsi, la fréquence f_c20 est généralement comprise entre 0,5 MHz et 10 MHz ou 12 MHz. Ici, si l’on considère que la largeur Av_SLo est de 5 MHz , la fréquence f_c20est choisie, par exemple, égale à

MHz.

[0050] Dans ces conditions, le bruit de fréquence de la source laser 10 compris entre 1 kHz et 5 MHz est annulé suivant le mécanisme suivant. Une augmentation de la fréquence v₀ par rapport à la fréquence v_b, se traduit par une réduction de la puissance optique du signal SO34 reçu par le photodétecteur 90. Le courant électrique en sortie du photodétecteur 90 est donc diminué. Le courant d'injection injecté sur l'entrée 14 est également diminué. Cette diminution du courant d'injection donne lieu à une diminution de la fréquence v₀ qui permet de se rapprocher de la fréquence v_b. Une diminution de la fréquence v₀ par rapport à la fréquence v_b, se traduit par une augmentation de la puissance optique du signal SO34 reçu par le photodétecteur 90. Le courant électrique en sortie du photodétecteur 90 est donc augmenté. Le courant d'injection est également augmenté. Cette augmentation du courant d'injection donne lieu à une augmentation de la fréquence laser v₀, permettant donc de se rapprocher de la fréquence v_b.

[0051] Si rien de particulier n’est fait, au moins certaines des composantes fréquentielles du signal SO_me causées par la modulation de fréquence sont éliminées ou fortement atténuées par la boucle 20 au même titre que le bruit de fréquence de la source laser 10. En effet, la fréquence fondamentale f_b, et ici aussi les fréquences 3f_b, 5f_b ...etc, du signal SE_m sont comprises dans la plage de fréquences [f_C9₈, f_C2o]. Par conséquent, si rien n'est fait pour éviter cela, les composantes fréquentielles du signal SE_m à des fréquences inférieures à la fréquence f_C2o ne permettent pas de moduler la fréquence v_SL car elles sont annulées par la boucle 20.

[0052] Dans ce mode de réalisation, pour arriver à la fois à moduler la fréquence v₀ tout en réduisant la largeur Av_SL, l'émetteur 2 comporte un modulateur 100 capable de moduler le spectre T₂.₄, et donc le spectre T₂.₆, du filtre 30 de la même façon que le signal SE_m module la fréquence v_Sl de la source laser 10. Par « de la même façon », on désigne le fait que la fréquence v_b se déplace à la même vitesse, avec la même amplitude et en même temps que la fréquence v_SL de la source laser 10.

[0053] Pour cela, le modulateur 100 comporte une entrée 102 de commande qui reçoit le signal SE_m. L’entrée 102 est directement raccordée à l’entrée 4 de l’émetteur 2. Le modulateur 100 comporte :

- un actionneur 104 apte à déplacer les spectres T₂.₄ et T₂.₆ du filtre 30 en réponse à un signal de commande électrique SEiœ, et

- un circuit 106 de commande apte, à partir du signal SE_m, à générer le signal SEi₀₆ qui permet de déplacer les spectres T₂.₄ et T₂.₆ de la même façon que la fréquence v_SL est déplacée .

[0054] Par exemple, l’actionneur 104 comporte une jonction P-N réalisée dans une portion de l’anneau 60 et des électrodes permettant de faire varier la densité des porteurs de charge au niveau de cette jonction P-N. Une variation de la densité des porteurs de charge au niveau de la jonction P-N permet de faire varier rapidement l’indice de réfraction de l’anneau 60 et donc de déplacer rapidement les spectres T₂.₄ et T₂-₆. Cette technique est par exemple décrite dans l'article suivant : Giovanni

Beninca de Farias et. Al. « Up to 64-QAM Modulation of a Silicon-Ring-ResonatorModulator », OSA 2014. L’homme du métier sait donc comment réaliser l’actionneur 104 et le circuit 106. Ceux-ci ne sont donc pas décrits ici plus en détail.

[0055] Ici, comme la boucle 70, le modulateur 100 déplace à la fois les spectres T₂.₄ et T₂-6· [0056] Puisque la fréquence v_b est modulée de la même façon que la fréquence v_SL, la boucle 20 n’élimine pas les variations de la fréquence v_SL provoquée par la modulation de fréquence. Dès lors, l’émetteur 2 permet à la fois de moduler la fréquence v_Sl tout en réduisant en permanence la largeur Av_Sl.

[0057] De préférence, pour augmenter encore plus la compacité de l’émetteur 2 et, en même temps, pour décroître sa sensibilité aux vibrations, l’ensemble des composants optiques de l’émetteur 2 décrits ici sont réalisés sur le même substrat. Par exemple, ces composants optiques sont réalisés à l’aide des mêmes procédés conventionnels de fabrication que ceux utilisés pour fabriquer des composants photoniques sur silicium. Ainsi, la source laser 10, le filtre 30 et les photodétecteurs 76 et 90 sont intégrés sur un même substrat appelé « puce » ou « die » en anglais. Par exemple, le procédé de fabrication utilisé est celui décrit dans l'article suivant : S. Menezo et Al : « Advances on lll-V on Silicon DBR and DFB Lasers for WDM optical interconnects and Associated Heterogeneous Intégration 200mm-wafer-scale Technology », Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICs), 2014 IEEE..

[0058] La figure 5 représente un émetteur 130 identique à l’émetteur 2, sauf que la boucle 20 est remplacée par une boucle 132. La boucle 132 est identique à la boucle 20 sauf que la boucle 132 comporte d'autres composants pour éliminer la composante continue de la puissance optique du signal SO₃₄ et conserver uniquement la contribution du bruit de fréquence. Par ailleurs, lorsqu’il existe un bruit de fréquence qui se traduit par une largeur Av_Sl, il existe en même temps un bruit d’intensité qui fait varier l’intensité de la raie de la source laser à la fréquence v_Sl. Également, lorsque l’on module la fréquence de la source laser, il existe une modulation résiduelle de son intensité optique. Si rien n’est fait, le bruit d’intensité et la modulation résiduelle de l’intensité laser modifient l’intensité du courant d’injection sans que cette modification du courant d’injection contribue à la réduction de la largeur Av_Sl. Dans ce mode de réalisation, la boucle 132 est en plus conçue pour atténuer, voire éliminer, le bruit d’intensité ainsi que la modulation résiduelle de l’intensité.

[0059] Pour cela, la boucle 132 comporte un composant 136 qui fournit un signal électrique SEi₄₀ de référence de la puissance optique laser, du bruit d’intensité et de la modulation résiduelle d'intensité.Ce composant 136 comporte une entrée 138 raccordée à l’entrée 22 pour recevoir le signal SO_m2o et une sortie 140 par laquelle est émis le signal électrique SEi₄₀. L'intensité du signal SEi₄₀ est fonction de, et de préférence égale à, la puissance de la raie laser, de son bruit d’intensité, et de la modulation résiduelle d'intensité sous l’effet du signal SE_m2o. Par exemple, le composant 136 comporte à cet effet :

- un atténuateur variable 142 de puissance plus connu sous l’acronyme VOA (« variable optical attenuator »), et

- un photodétecteur 144.

[0060] L’atténuateur 142 atténue la puissance du signal SO_m2o. Il comporte une entrée directement raccordée à l’entrée 138 pour recevoir le signal SO_m2o. L’entrée 138 est raccordée à l’entrée 22 avant que le signal SO_m2o ne traverse le filtre 30. On rappelle ici que, classiquement, la puissance du signal optique SO34 est atténuée par rapport à la puissance du signal optique SO_m2o reçue sur l’entrée 32.

[0061] L’atténuateur 142 comporte aussi une sortie 146 sur laquelle est émis un signal optique atténué SOi₄₆ dont la puissance a été atténuée. Ici, l’atténuateur 142 est réglé pour que le coefficient d’atténuation de l’atténuateur 142 soit égal au coefficient d’atténuation du filtre 30. Le coefficient d'atténuation d'un composant optique est ici défini comme étant égal à la puissance du signal optique mesurée en sortie de ce composant optique divisée par la puissance de ce signal optique mesurée à l'entrée de ce même composant optique.

[0062] La sortie 146 est raccordée à une entrée 148 du photodétecteur 144. Le photodétecteur 144 convertit la puissance du signal SOi₄₆ en un signal électrique appelé ici « signal SEi₄₀» et précédemment introduit. Le signal SE_i40 est ensuite émis par l’intermédiaire de la sortie 140. Le signal SEi₄₀, contrairement au signal SE₉₄, est indépendant des variations de la fréquence v_b du filtre 30. Autrement dit, le signal SE₉₄ est constitué de la somme d’un signal électrique égal au signal SEi₄₀ et d'un signal électrique fonction du bruit de fréquence de la source laser et des variations liées à la boucle 70.

[0063] Dans ce mode de réalisation, le filtre 98 est remplacé par un filtre 154. Le filtre 154 élimine ou atténue uniquement l’amplitude des composantes fréquentielles du courant d’induction produites par la boucle 70. Par exemple, le filtre 154, contrairement au filtre 98, n’atténue pas nécessairement ou peu la composante continue du courant d’induction produit. Dans ce mode de réalisation, la composante continue est éliminée par une soustracteur décrit plus loin.

[0064] À cet effet, par exemple, le filtre 154 comporte une bande passante passe-bas et une bande passante passe-haut séparées l’une de l’autre par une bande interdite. A l’intérieur de la bande interdite, l’atténuation des composantes fréquentielles du courant d'injection produit est supérieure à -3 dB. Par exemple, la bande passante passe-haut est identique à la bande passante du filtre 98. La bande passante passebas présente une fréquence de coupure à -3 dB inférieure à 100 Hz ou 50 Hz.

[0065] La sortie 140 et la sortie du filtre 154 sont raccordées à des entrées respectives d’un soustracteur 150.

[0066] Le soustracteur 150 soustrait l’intensité du courant généré par le photodétecteur 144 à l’intensité du courant généré par le filtre 154 et émet sur une sortie 152 un courant d’injection dont l’intensité est le résultat de cette soustraction. La sortie 152 est raccordée à la sortie 24 de la boucle 132 par l’intermédiaire de l’amplificateur 96. Le courant d'injection ainsi construit ne compense que le bruit de fréquence de la source laser.

[0067] La figure 6 représente un émetteur 200 qui implémente une autre stratégie que celle précédemment décrite pour éviter que la boucle de rétroaction ne compense les composantes fréquentielles générées par la modulation de la fréquence v_SL. Plus précisément, la stratégie mise en œuvre dans ce mode de réalisation consiste à éliminer ou atténuer sélectivement, à l’aide du filtre électrique, l’amplitude des composantes fréquentielles du courant d’injection produit qui sont causées par la modulation de la fréquence v_Sl.

[0068] L’émetteur 200 est ici identique à l’émetteur 2, sauf que la boucle 20 est remplacée par une boucle 202 et le modulateur 100 est omis. La boucle 202 est identique à la boucle 20, sauf que le filtre 98 est remplacé par un filtre électrique 204. [0069] Le filtre 204 est conçu pour atténuer sélectivement l’amplitude des composantes fréquentielles du courant d’injection à la fréquence fondamentale f_b et aux harmoniques du signal SE_m. Dans le cas particulier du signal SE_m décrit en référence à la figure 4, les harmoniques du signal SE_m sont des multiples entiers impairs de la fréquence fondamentale f_b. À cet effet, le filtre 204 est un filtre en peigne. Le spectre de transmission 206 du filtre 204 est représenté sur la figure 7.

[0070] Sur la figure 7, l’axe des abscisses est gradué en Hertz et l’axe des ordonnées représente le ratio de transmission de la puissance électrique entre l’entrée et la sortie du filtre 204. Le spectre 206 varie entre une valeur minimale T_min204 et une valeur maximale T_max204. Sur la figure 7, la ligne en pointillés qui termine le spectre 206 indique que seul le début de ce spectre est représenté. Le spectre 206 comporte une multitude de bandes passantes 208, espacées les unes des autres par des bandes interdites 210,. L’indice i est un numéro d’ordre. À l’intérieur des bandes interdites 210,, l’atténuation du signal électrique est supérieure à -3 dB. Les bandes interdites 210, sont chacune centrées sur un multiple entier impair de la fréquence fondamentale f_b. Par exemple, chaque bande interdite 210, est comprise entre 0,8(2k+l)f_b et l,2(2k+l)f_b et, de préférence, entre 0,9(2k+l)f_b et l,l(2k+l)f_b, où k est un entier égal à i-1.

[0071] Ici, le filtre 204 est en plus conçu pour remplir la même fonction que celle du filtre 98. À cet effet, le spectre 206 comporte en plus une bande interdite 212 qui s’étend entre 0 Hz et une fréquence de coupure supérieure ou égale à la fréquence fc70[0072] Dans ce mode de réalisation, puisque les composantes fréquentielles générées par la modulation de la fréquence v_SL sont éliminées du courant d’injection produit par la boucle 202, cette boucle 202 ne compense pas cette modulation. Par conséquent, ce mode de réalisation permet lui aussi à la fois de moduler la fréquence Vsl tout en réduisant en permanence la largeur Av_Sl de la raie à la fréquence v_Sl.

[0073] La source laser peut être une source laser DBR mais aussi DFB (« Distributed FeedBack laser »). Ces deux sources laser peuvent ne disposer que d’une seule sortie optique. La figure 8 représente une telle source laser 250 qui ne comporte qu'une seule sortie optique, c'est-à-dire ici la sortie 16. Cette source laser 250 comporte les mêmes entrées 12 et 14. Dans ce cas, pour utiliser la source laser 250 à la place de la source laser 10 dans l'un quelconque des émetteurs décrits ici, un diviseur optique 252 de puissance est raccordé à la sortie 16 de la source laser 250. Le diviseur 252 divise le signal optique SOmie émis sur la sortie 16 en deux signaux optiques identiques mais, éventuellement, de puissances différentes. L’un de ces signaux optiques est émis sur une sortie 254 et l’autre sur une sortie 256 du diviseur 252. Le rapport de puissance entre les signaux optiques émis sur les sorties 254 et 256 est choisi suivant les besoins entre 0,0001 et 0,9999. Par exemple, le rapport de puissance est le même que celui décrit pour les signaux SOme et SCW Dès lors, lorsque la source laser 250 et le diviseur 252 remplacent la source laser 10, c’est la sortie 256 qui est raccordée à l’entrée 22 de la boucle de rétroaction.

[00741 Variantes de la source laser :

[0075] Tout ce qui a été décrit ici s’applique à d’autres sources laser à semiconducteur qu’une source laser DBR ou DFB, à partir du moment où il est possible de moduler sa fréquence à partir d’un courant tel que le courant d’injection décrit ici. Par exemple, la source laser peut être une diode laser à cavité verticale connue sur l’acronyme VCSEL (« Vertical-cavity - surface-emitting - laser »).

[0076] Les entrées 12 et 14 ont été décrites jusqu’à présent comme étant des entrées distinctes de la source laser. Toutefois, ces entrées 12 et 14 peuvent être confondues de sorte que le signal SE_m et le courant d’injection produit sont injectés dans la source laser par la même entrée. Dans ce cas, l’émetteur comporte par exemple un sommateur apte à ajouter le courant d’injection produit au signal SE_m avant que le résultat de cette somme ne soit injecté sur l’entrée de la source laser.

[0077] Dans d'autres modes de réalisation, la puissance du signal SCW est supérieure à la puissance du signal SOme. Par exemple, la puissance du signal SOmzo est cinq fois ou dix fois supérieure à la puissance du signal SOme. Cela permet de réduire encore plus la largeur Av_Sl. De façon plus générale, le rapport de puissance entre les signaux SOme et SO_m2o est choisi entre 0,0001 et 0,9999 selon les besoins. [00781 Variantes de la boucle d'asservissement :

[0079] D'autres modes de réalisation de l'actionneur 72 sont possibles. Par exemple, une autre technique consiste à modifier la densité de porteurs de charge dans le guide d’onde qui forme l’anneau 60, et donc l’indice de réfraction du guide d’onde. Cette technique est par exemple décrite dans l'article suivant : Giovanni Beninca de Farias et. Al. « Up to 64-QAM Modulation of a Silicon-Ring-Resonator-Modulator », OSA 2014.

[0080] Dans une autre variante, la boucle 70 utilise le même actionneur que celui du modulateur 100 et non pas l’actionneur 72. Dans ce cas, le modulateur 100 comporte un sommateur ou un amplificateur-sommateur qui additionne les signaux électriques générés par, respectivement, les circuits 82 et 106 avant d’envoyer le résultat de cette sommation sur l’entrée de l’actionneur 104. Dans ce cas, l’actionneur 72 peut être omis.

[0081] La boucle 70 peut fonctionner en utilisant le signal optique filtré à l’aide du bord descendant, au lieu du bord montant, du filtre 30. Dans ce cas, la boucle 70 comporte en plus un inverseur pour inverser le signal électrique mesuré par le photodétecteur 76.

[0082] La boucle 70 peut utiliser un filtre optique supplémentaire indépendant du filtre 30 pour générer un signal optique dont la puissance est représentative de l'écart entre les fréquences v_b et v₀. Par exemple, ce filtre supplémentaire est identique au filtre 30 et raccordé, en parallèle, à la sortie 18. Dans ce cas, la boucle 70 n'est pas raccordée à la sortie 36 du filtre 30 mais à la sortie de ce filtre supplémentaire. Le filtre supplémentaire est associé à un actionneur supplémentaire identique à l'actionneur 72. Le signal SE₇₄ généré par le circuit 82 est transmis à la fois à l'entrée 74 de l'actionneur 72 et à l'entrée de commande de l'actionneur supplémentaire. [00831 Variantes de la boucle de rétroaction :

[0084] La boucle 20 peut être dimensionnée pour que sa fréquence f_c2o soit inférieure à la largeur Δν SLO[0085] En variantes, au lieu d’utiliser le bord descendant du filtre optique 30 pour obtenir le signal optique SO₃₄, c’est le bord montant du filtre optique qui est utilisé. Dans ce cas, par exemple, pour obtenir une rétroaction négative, la boucle de rétroaction comporte en plus un inverseur électrique qui inverse le signe du signal électrique mesuré par le photodétecteur 90. Par exemple, à cet effet, l’amplificateur 96 est remplacé par un amplificateur-inverseur.

[0086] Le filtre 98 ou 154 ou 204 peut être placé ailleurs dans la boucle de rétroaction. Par exemple, il peut être placé après l’amplificateur 96.

[0087] Chaque filtre électrique peut être composé d'un seul filtre électrique ou de plusieurs filtres électriques raccordés en série.

[0088] Selon le mode de réalisation de la boucle 70, la partie du spectre de puissance du signal SO₃₄ principalement générée par cette boucle 70 peut se présenter sous la forme d'une raie ou d'une succession de raies distinctes et comprises entre 0 Hz et f_c70. On note F|_0Ck la composante fondamentale de la partie du spectre générée par la boucle 70 et kF|_0Ck les harmoniques de rang supérieur à un de cette partie du spectre, où k est un numéro d'ordre entier strictement supérieur à un. Dans ce cas, le filtre 98 peut être remplacé par un filtre en peigne qui qui comporte au moins une première et une seconde bandes interdites espacées l'une de l'autre par une bande passante. La première bande interdite contient la fréquence 0 Hz et la seconde bande interdite contient la fréquence F|_0Ck- Ce filtre en peigne peut en plus comporter des bandes interdites supplémentaires centrées sur certains des harmoniques kF|_0Ck. Dans le même cas, de façon similaire, le filtre 154 peut aussi être remplacé dans le même filtre en peigne sauf que la première bande interdite peut être omise. Toujours dans ce cas, la bande interdite 212 peut être remplacer par plusieurs bandes interdites distinctes centrées sur 0 Hz et Fi_0Ck et, éventuellement, plusieurs des harmoniques kFiock[0089] Dans une variante simplifiée du filtre 204, à l'exception de la bande interdite 210i, les autres bandes interdites 210, peuvent être omises. En effet, l'amplitude des composantes fréquentielle du spectre du signal SE_m aux harmoniques, autres que la fréquence fondamentale, est généralement beaucoup plus faible. Dès lors leur élimination par la boucle 20 n'est pas nécessairement un problème.

[00901 Variantes communes aux boucles d'asservissement et de rétroaction :

[0091] D’autres modes de réalisation du filtre optique sont possibles. Par exemple, le filtre optique peut prendre d’autres formes que celle d'un filtre à anneau résonant. Ainsi, à titre d'illustration, le filtre 30 peut être remplacé par un filtre connu sous l'acronyme GACC (« Grating-Assisted Contra-directional Coupler »). Un tel filtre GACC est bien connu de l’homme du métier. II est par exemple décrit dans l'article suivant : Wei Shi, et. Al : « Silicon photonic grating-assisted, contra-directional couplers », Vol. 21, No. 3, OPTICS EXPRESS 3633, 11/02/2013. L'entrée et les sorties d'un filtre GACC portent les mêmes noms que celles décrites pour le filtre 30 et sont utilisées de la même manière.

[0092] Dans un autre mode de réalisation, le filtre 30 est remplacé par un filtre mettant en oeuvre plusieurs anneaux. Un tel filtre à plusieurs anneaux est décrit dans l'article suivant : Mattia Mancinelli, et. Al. : « Optical characterization of a SCISSOR device », Vol. 19, No. 14, OPTICS EXPRESS 13664, 4/07/2011. Là encore les ports utilisés portent le mêmes noms que ceux décrits pour le filtre 30 est sont utilisés de la même manière.

[0093] II est aussi possible d’utiliser un filtre optique dont la bande passante comporte un seul bord montant ou un seul bord descendant. Par exemple, le filtre optique est dans ce cas un filtre optique passe-haut ou passe-bas. L’émetteur fonctionne alors comme décrit précédemment sauf qu'il existe qu'un seul bord montant ou descendant.

[0094] En variantes, la fréquence v_b ne correspond pas à la fréquence pour laquelle la valeur absolue de la pente du bord du spectre de transmission est maximale. Par exemple, la fréquence v_b est choisie différemment et correspond à un autre point de fonctionnement du bord montant ou descendant où la pente n'est pas maximale. Également en variante, il n’est pas nécessaire que la fréquence v_b corresponde à un point d’inflexion du bord montant ou descendant.

[0095] L’élimination de la composante continue, du bruit d'intensité et de la modulation résiduelle d'intensité du signal SO34 telle que décrit dans le cas de l’émetteur 130 peut être mise en œuvre dans tous les autres modes de réalisation décrits ici.

[0096] Le mode de réalisation décrit en référence à la figure 6 peut être combiné avec l’un quelconque des autres de modes de réalisation comportant le modulateur 100. Dans ce cas, le mode de réalisation obtenu élimine les composantes fréquentielles du courant d’induction produit aux multiples entiers de la fréquence fondamentale f_b à la fois en utilisant le modulateur 100 et le filtre 204.

[00971 Autres variantes :

[0098] En variante, l’émetteur 2 comporte l’entrée 4 et une entrée supplémentaire destinée elle aussi à recevoir le signal SE_m. Dans ce cas, par exemple, l’entrée 12 de la source laser 10 est seulement raccordée à l’entrée 4 et l’entrée 102 du modulateur 100 est seulement raccordée à cette entrée supplémentaire. Pour que cet émetteur fonctionne correctement, le signal électrique SE_m est alors transmis simultanément sur l’entrée 4 et sur cette entrée supplémentaire.

[0099] Les modes de réalisation ont été décrits dans le cas particulier d'un émetteur d'un signal optique modulé en fréquence. Toutefois, tout ce qui a été décrit ici s'applique au cas d'un émetteur d'un signal optique non modulé en fréquence. Lorsque la fréquence v_Sl n'est pas modulée, le modulateur 100 et les bandes interdites 210, du filtre 204 peuvent être omis. Dans le cas où la fréquence v_Sl n'est pas modulée, il est possible de faire fonctionner la boucle 70 uniquement par intermittence. Par exemple, la boucle 70 est uniquement active pendant une phase d'initialisation de l'émetteur. Ensuite, la boucle 70 est éteinte. Lorsqu'elle est éteinte, elle n'agit plus sur le filtre optique 30.

[00100] Le composant 136 et le soustracteur 150 peuvent être mis en oeuvre dans des boucles de rétroaction conçues pour réduire la largeur Av_Sl indépendamment de la boucle 70. Par exemple, ce composant 136 et ce soustracteur 150 peuvent être mis en œuvre dans un émetteur identique à celui de la figure 5 mais dans lequel la boucle 70 est omise. Ceci est par exemple possible si la température de la source laser 10 et du filtre 30 est stabilisée par un circuit de refroidissement qui la maintient constante. Lorsque la boucle 70 est omise, il n'est pas nécessaire que la boucle de rétroaction comporte un filtre qui atténue ou élimine sélectivement les composantes fréquentielles produites par cette boucle 70.

[00101] Le filtre 204 et/ou le modulateur 100 peuvent être mis en œuvre indépendamment de la boucle 70. Par exemple, dans tous les modes de réalisation décrits ici, la boucle 70 peut être omise. Comme indiqué ci-dessus, ceci est tout à fait possible si les perturbations lentes qui affecte le filtre 30 sont négligeables.

[00102] Avantages des modes de réalisation décrits :

[00103] L’utilisation de la boucle 70 pour compenser les écarts entre les fréquences v_b et v₀ dus à des perturbations lentes telles qu’une variation de températures ou des vibrations permet de stabiliser le fonctionnement de l’émetteur sans avoir recours à des moyens plus complexes et encombrants pour atténuer ces perturbations. Par exemple, il n'est pas nécessaire d'utiliser un refroidisseur pour maintenir la température du filtre optique égale à la température de la source laser.

[00104] De plus, le fait d’utiliser un filtre optique dont la bande passante comprend un bord situé sur la fréquence v₀ permet d’extraire une grandeur physique représentative de l'écart entre les fréquences v_b et v₀ à l’aide d’un composant optique bien plus compact qu’un réseau de Mach-Zender dont l’une des branches mesure 60 m de long.

[00105] Le fait d'utiliser un même filtre pour éliminer du courant d'injection la composante continue et les composantes fréquentielles inférieures ou égale à la fréquence f_c7o, permet de simplifier la réalisation de l'émetteur.

[00106] Le fait d'utiliser le même filtre 30 pour générer le signal optique dont la puissance est mesurée, respectivement, par les photodétecteurs 76 et 90 limite le nombre de composants de l'émetteur.

[00107] L’utilisation du modulateur 100 et/ou du filtre électrique 204 permet de retirer du courant d’injection produit les composantes fréquentielles générées par la modulation de fréquence. Ainsi, la boucle de rétroaction n’annule pas et ne compense pas la modulation de la fréquence v_SL provoquée par le signal SE_m. Il est donc possible à la fois de réduire la largeur Av_SLtout en modulant la fréquence v_SL. De plus, cela fonctionne même si la fréquence fondamentale du signal SE_m est inférieure à la fréquence de coupure f_C2o de la boucle de rétroaction.

[00108] Utiliser un anneau résonnant permet de limiter encore plus l’encombrement de l’émetteur. En effet, à performance égale, à un anneau résonant, est plus petit que, par exemple, un filtre GACC.

[00109] L’utilisation du composant 136 et du soustracteur 150 permet de produire un courant d’injection dont l’intensité est pratiquement indépendante du bruit d'intensité et de la modulation résiduelle d'intensité susceptible d’exister en parallèle du bruit de fréquence. Cela améliore le fonctionnement de l’émetteur et permet notamment de réduire encore plus la largeur ûv_SL.

[00110] Choisir comme point de fonctionnement, le point du bord du filtre optique où la valeur absolue de la pente est maximale permet d'augmenter la sensibilité des boucles 20 et 70.

Claims (14)

1. Émetteur (2 ; 130 ; 200) d'un signal optique monochromatique, cet émetteur comportant :

- une source laser (10 ; 250) à semi-conducteur apte à émettre le signal optique à une fréquence v_SL, cette source laser comportant au moins une entrée (14) de commande pour recevoir un courant d'injection apte à modifier la fréquence v_Sl et au moins une sortie (18) par laquelle est émis le signal optique, cette source laser émettant le signal optique à une fréquence v₀ en absence de courant d'injection,

- une boucle (20 ; 132 ; 202) de rétroaction apte à produire un courant d'injection apte réduire la largeur de raie du signal optique, cette boucle de rétroaction étant raccordée, d'un côté, à la sortie (18) de la source laser et, d'un côté opposé, à l'entrée (14) de commande de la source laser pour injecter dans la source laser le courant d'injection produit, cette boucle de rétroaction comportant à cet effet un filtre optique (30) présentant une bande passante, cette bande passante étant délimitée au moins d'un côté par un bord ( 42, 48) qui varie de façon continûment croissante ou décroissante sur un intervalle de fréquences contenant la fréquence v₀, ce bord contenant un point (43, 49) de fonctionnement prédéterminé correspondant à une fréquence v_b contenue dans cet intervalle de fréquences, ce filtre optique étant raccordé à la sortie (18 ) de la source laser pour recevoir le signal optique et comportant une sortie (34) par laquelle est émise le signal optique filtré et à partir duquel le courant d'injection est produit, caractérisé en ce que :

- l'émetteur comporte, en plus de la boucle (20 ; 132 ; 202) de rétroaction, une boucle (70) d'asservissement de la fréquence v_b sur la fréquence v₀, et

- la boucle (20 ; 132 ; 202) de rétroaction comporte un filtre électrique (98 ; 154 ; 204) apte à atténuer sélectivement, dans le courant d'injection produit, l'amplitude des composantes fréquentielles générées par la boucle (70) d'asservissement.

2. Émetteur selon la revendication 1, dans lequel le filtre électrique (98 ; 204) est également apte à atténuer la composante continue du signal électrique, l'atténuation de la composante continue du signal électrique étant supérieure à - 3 dB.

3. Émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre électrique (98 ; 154 ; 204) présente une bande interdite (212) à l'intérieur de laquelle l'atténuation du signal électrique est supérieure à - 3 dB, cette bande interdite s'étendant continûment depuis une fréquence basse jusqu'à une fréquence haute, la fréquence basse étant égale à 0 Hz ou inférieure à 100 Hz et la fréquence haute étant comprise dans l'intervalle [f_c7o ; l,3f_c7o], où f_c7o est la fréquence de coupure à - 3dB de la boucle (70) d'asservissement.

4. Émetteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le filtre électrique présente une bande interdite à l'intérieur de laquelle l'atténuation du signal électrique est supérieure à - 3 dB, cette bande interdite s'étendant continûment depuis une fréquence basse jusqu'à une fréquence haute, la fréquence basse étant comprise dans un intervalle [0,7F|_OCk ; 0,98F|_OCk] et la fréquence haute étant comprise dans un intervalle [l,02F|_OCk ; l,3F|_0Ck], où F_toCk est la fréquence fondamentale de la partie du spectre du signal optique filtré générée par la la boucle d'asservissement.

5. Émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la boucle (70) d'asservissement comporte :

- un actionneur (72) comportant une entrée (74) de commande, cet actionneur (72) étant apte à induire un déplacement du bord (48) de la bande passante du filtre optique en fonction du signal de commande reçu sur son entrée (74) de commande,

- un photodétecteur (76) apte à générer un signal électrique représentatif de l'écart entre les fréquences v_b et v₀, et

- un circuit (82) de commande apte, à partir du signal électrique représentatif de l'écart entre les fréquences v_b et v₀, à générer un signal de commande sur l'entrée de commande de l'actionneur (72) qui induit un déplacement du bord (48) de la bande passante du filtre optique réduisant cet écart entre les fréquences v_b et v₀.

6. Émetteur selon la revendication 5, dans lequel le photodétecteur (76) est raccordé à la même sortie (34) ou à une autre sortie (36) du filtre optique (30) de manière à générer un signal électrique représentatif de l'écart entre les fréquences v_b et v₀.

7. Émetteur (2 ; 130 ; 200) selon l'une quelconque des revendications précédentes apte en plus à moduler la fréquence du signal optique, dans lequel :

- la source laser (10 ; 250) est apte à recevoir un signal électrique de modulation et, en réponse, à déplacer la fréquence du signal optique en fonction du signal électrique de modulation reçu, et

- l'émetteur comporte en plus :

• un modulateur (100) comportant une entrée (102) de commande destinée à recevoir le signal électrique de modulation, ce modulateur étant apte à induire un déplacement du bord (48) de la bande passante du filtre optique (30), identique au déplacement appliqué à la fréquence v_SL du signal optique lorsque le signal électrique de modulation reçu sur son entrée (102) de commande est identique au signal électrique de modulation reçu par la source laser (10 ; 250), ou • le filtre électrique (204) est également apte à atténuer sélectivement, dans le courant d'injection produit, au moins l'amplitude d'une composante fréquentielle à une fréquence f_b, où la fréquence f_b est la fréquence fondamentale du signal électrique de modulation.

8. Émetteur selon la revendication 7, dans lequel le filtre électrique (204) comporte un filtre en peigne présentant plusieurs bandes passantes (208,) espacées les unes des autres par des bandes interdites (210,) dans lesquelles l'atténuation du signal électrique est supérieure à - 3 dB, chacune de ces bandes interdites contenant un multiple entier respectif de la fréquence f_b.

9. Émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre optique (30) comporte un anneau résonant.

10. Émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le point (49) de fonctionnement prédéterminé est le point du bord (48) pour lequel la valeur absolue de la pente de ce bord (48) est maximale.

11. Émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la boucle (132) de rétroaction comporte :

- un composant (136) apte à générer un signal électrique, dit de « référence », représentatif de la puissance du signal optique avant que celui-ci ne soit filtré par le filtre optique, ce composant comportant à cet effet :

• un atténuateur (142) de puissance équipé :

- d'une entrée (138) raccordée à la sortie de la source laser en amont du filtre optique (30),

- d'une sortie (146) sur laquelle est délivré un signal optique identique, à un coefficient d'atténuation de puissance près, au signal reçu sur son entrée (138), ce coefficient d'atténuation de puissance de l'atténuateur étant égal au coefficient d'atténuation du filtre optique, et • un photodétecteur raccordé à la sortie de l'atténuateur et comportant une sortie sur laquelle est émis le signal électrique de référence obtenu à partir du signal optique atténué délivré sur la sortie de l'atténuateur,

- un soustracteur (150) apte à soustraire, au courant d'injection produit, ce signal électrique de référence.

12. Émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bord (48) de la bande passante du filtre optique est un bord descendant.

13. Émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la boucle de rétroaction comporte un photodétecteur (90) apte à convertir le signal optique filtré en un signal électrique mesuré proportionnel à la puissance du signal optique filtré et à partir duquel le courant d'injection est produit, ce photodétecteur étant raccordé à la sortie (34) du filtre optique (30) pour recevoir le signal optique filtré et comportant une sortie (94) sur laquelle est émis le signal électrique mesuré.

14. Émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source laser (10) et le filtre optique (30) sont fabriqués et intégrés sur une même puce.

1/3 >Hz m

130

2/3

20:

Fig. 6

3/3

206

Fig. 8

256

RÉPUBLIQUE FRANÇAISE

N° d'enregistrement national

FA 848812

FR 1761985 irai — I INSTITUT NATIONAL

DE LA PROPRIÉTÉ

INDUSTRIELLE

RAPPORT DE RECHERCHE PRÉLIMINAIRE établi sur la base des dernières revendications déposées avant le commencement de la recherche

EPO FORM 1503 12.99 (P04C14)

DOCUMENTS CONSIDÉRÉS COMME PERTINENTS Revend ication(s) concernée(s) Classement attribué à l'invention par ΙΊΝΡΙ Catégorie Citation du document avec indication, en cas de besoin, des parties pertinentes A,D A,D A CROZATIER VINCENT ET AL: Phase locking of a frequency agile laser, APPLIED PHYSICS LETTERS, A I P PUBLISHING LLC, US, vol. 89, no. 26, 28 décembre 2006 (2006-12-28), pages 261115-261115, ΧΡΘ12Θ87835, ISSN: 0003-6951, DOI: 10.1063/1.2424659 * figure 1 * * le document en entier * OHTSU M ET AL: LINEWIDTH REDUCTION OF A SEMICONDUCTOR LASER BY ELECTRICAL FEEDBACK IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, USA, vol. QE-21, no. 12, 1 décembre 1985 (1985-12-01), pages 1905-1912, ΧΡΘΘΘ7Θ5754, ISSN: 0018-9197, DOI: 10.1109/JQE.1985.1072610 * le document en entier * US 2017/141852 Al (DUBRAY OLIVIER [FR] ET AL) 18 mai 2017 (2017-05-18) * figure 1 * * le document en entier * 1-14 1-14 1-14 H01S5/02 H01S5/06 DOMAINES TECHNIQUES RECHERCHÉS (IPC) H01S Date d'achèvement de la recherche Examinateur 3 août 2018 Bésuelle, Emmanuel CATÉGORIE DES DOCUMENTS CITÉS T : théorie ou principe à la base de l'invention E : document de brevet bénéficiant d'une date antérieure X : particulièrement pertinent à lui seul à la date de dépôt et qui n'a été publié qu'à cette date Y : particulièrement pertinent en combinaison avec un de dépôt ou qu'à une date postérieure. autre document de la même catégorie D ; cité dans la demande A : arrière-plan technologique L : cité pour d'autres raisons O : divulaation non-écrite P : document intercalaire & : membre de la même famille, document correspondant

ANNEXE AU RAPPORT DE RECHERCHE PRÉLIMINAIRE

RELATIF A LA DEMANDE DE BREVET FRANÇAIS NO. FR 1761985 FA 848812

La présente annexe indique les membres de la famille de brevets relatifs aux documents brevets cités dans le rapport de recherche préliminaire visé ci-dessus.

Les dits membres sont contenus au fichier informatique de l'Office européen des brevets à la date duU3-ü8-ZD18

Les renseignements fournis sont donnés à titre indicatif et n'engagent pas la responsabilité de l'Office européen des brevets, ni de l'Administration française